开关电源高频变压器的设计

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1、变压器基础知识1、变压器组成：原边绕组（初级primaryside）副边绕组（次级secondaryside）原边电感（励磁电感）--magnetizinginductance漏感---leakageinductance副边开路或者短路测量原边电感分别得励磁电感和漏感匝数比：K=Np/Ns=V1/V22、变压器的构成以及作用：1）电气隔离2）储能3）变压4）变流6/18/20211●高频变压器设计程序：1.磁芯材料2.磁芯结构3.磁芯参数4.线圈参数5.组装结构6.温升校核6/18/202121.磁芯材料软磁铁氧体由于自身

2、的特点在开关电源中应用很广泛。其优点是电阻率高、交流涡流损耗小，价格便宜，易加工成各种形状的磁芯。缺点是工作磁通密度低，磁导率不高，磁致伸缩大，对温度变化比较敏感。选择哪一类软磁铁氧体材料更能全面满足高频变压器的设计要求，进行认真考虑，才可以使设计出来的变压器达到比较理想的性能价格比。6/18/202132.磁芯结构选择磁芯结构时考虑的因数有：降低漏磁和漏感，增加线圈散热面积，有利于屏蔽，线圈绕线容易，装配接线方便等。漏磁和漏感与磁芯结构有直接关系。如果磁芯不需要气隙，则尽可能采用封闭的环形和方框型结构磁芯。6/18/202146/1

3、8/202153.磁芯参数：磁芯参数设计中，要特别注意工作磁通密度不只是受磁化曲线限制，还要受损耗的限制，同时还与功率传送的工作方式有关。磁通单方向变化时：ΔB=Bs-Br，既受饱和磁通密度限制，又更主要是受损耗限制，（损耗引起温升，温升又会影响磁通密度）。工作磁通密度Bm=0.6～0.7ΔB开气隙可以降低Br,以增大磁通密度变化值ΔB，开气隙后，励磁电流有所增加，但是可以减小磁芯体积。对于磁通双向工作而言：最大的工作磁通密度Bm，ΔB=2Bm。在双方向变化工作模式时，还要注意由于各种原因造成励磁的正负变化的伏秒面积不相等，而出现直流

4、偏磁问题。可以在磁芯中加一个小气隙，或者在电路设计时加隔直流电容。6/18/202166/18/202174.线圈参数：线圈参数包括：匝数，导线截面（直径），导线形式，绕组排列和绝缘安排。导线截面（直径）决定于绕组的电流密度。通常取J为2.5～4A/mm2。导线直径的选择还要考虑趋肤效应。如必要，还要经过变压器温升校核后进行必要的调整。6/18/202184.线圈参数：一般用的绕组排列方式：原绕组靠近磁芯，副绕组反馈绕组逐渐向外排列。下面推荐两种绕组排列形式：1）如果原绕组电压高（例如220V），副绕组电压低，可以采用副绕组靠近磁芯，

5、接着绕反馈绕组，原绕组在最外层的绕组排列形式，这样有利于原绕组对磁芯的绝缘安排；2）如果要增加原副绕组之间的耦合，可以采用一半原绕组靠近磁芯，接着绕反馈绕组和副绕组，最外层再绕一半原绕组的排列形式，这样有利于减小漏感。6/18/202195.组装结构：高频电源变压器组装结构分为卧式和立式两种。如果选用平面磁芯、片式磁芯和薄膜磁芯，都采用卧式组装结构。6.温升校核：温升校核可以通过计算和样品测试进行。实验温升低于允许温升15度以上，适当增加电流密度和减小导线截面，如果超过允许温升，适当减小电流密度和增加导线截面，如增加直径，窗口绕不下，

6、要加大磁芯，增加磁芯的散热面积。6/18/202110功率变压器根据拓扑结构分为三大类：（1）反激式变压器；（2）正激式变压器；（3）推挽式变压器（全桥/半桥变换器中的变压器）磁芯结构适合的拓扑结构形式如下页表所示：6/18/202111磁芯结构变换器电路类型反激式正激式推挽式Ecores++0PlanarECores-+0EFDCores-++ETDCores0++ERCores0++UCores+00RMCores0+0EPCores-+0PCores-+0RingCores-++‘+’=适合；‘0’=一般；‘-’=不适合6/18

7、/202112磁芯材料的选择应注意的问题：1、软磁铁氧体，由于具有价格低、适应性能和高频性能好等特点，而被广泛应用于开关电源中。2、软磁铁氧体，常用的分为锰锌铁氧体和镍锌铁氧体两大系列，锰锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，MnCO3，ZnO，它主要应用在1MHz以下的各类滤波器、电感器、变压器等，用途广泛。而镍锌铁氧体的组成部分是Fe2O3，NiO，ZnO等，主要用于1MHz以上的各种调感绕组、抗干扰磁珠、共用天线匹配器等。3、在开关电源中应用最为广泛的是锰锌铁氧体磁心，而且视其用途不同，材料选择也不相同。用于电源输入滤波器部分的磁心多

8、为高导磁率磁心，其材料牌号多为R4K～R10K，即相对磁导率为4000～10000左右的铁氧体磁心，而用于主变压器、输出滤波器等多为高饱和磁通密度的磁性材料，其Bs为0.5T（即5000GS）左右。6/18/202113